CN103468269A - 一种重金属污染土壤修复材料的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于土壤修复领域，涉及一种重金属污染土壤修复材料的制备方法。本发明提出的制备方法是将秸秆改性，具体工艺包括秸秆洗净、粉碎、有机酸处理及有机胺处理等。本发明提出的重金属污染土壤修复材料的制备方法具有以下优点：（1）成本低，原材料来源广；（2）制备工艺简单，投入少，适合大规模的推广和应用；（3）对重金属离子吸附固定能力强，不对土壤及地下水造成二次污染；（4）能有效增加土壤的肥力（含氮量），是绿色环保型材料。本发明制备的土壤修复材料可用广泛用于重金属离子污染土壤的修复，市场前景广阔。

Description

一种重金属污染土壤修复材料的制备方法

技术领域

本发明属于土壤修复技术领域，具体涉及一种重金属污染土壤修复材料的制备方法。

背景技术

土壤修复是由土壤化学、土壤生物、植物营养、化学地理、农业化学、生物化学、环境化学、环境工程、环境信息等多分支学科交叉、综合、集成发展而来的。土壤修复涉及物理学、化学、微生物学、植物学、水文学、农学、矿物学、工程学、信息学、计算机及管理学等科学。它的形成和发展与全球范围土壤污染的普遍性、严峻性和复杂性不无关系。土壤是地球上各种人为的和自然的污染物的“汇”，世界上大部分的污染物最终滞留在土壤中，同时也是污染物扩散进入相邻水、气、生环境介质的“源”，可使地表水、地下水、空气和生物体污染，进而导致人类疾病。

土壤重金属污染是指由于人类活动将重金属加入到土壤中，致使土壤中重金属含量明显高于其自然背景含量，并造成生态破坏和环境质量恶化的现象。目前，对重金属污染土壤的处理方式主要有工程措施、化学改良、农艺措施和生物修复4大类，但是很多处理方式都需要利用有机修复剂来提高修复效果。有机修复剂主要是指含碳、氢的一类化合物，在土壤重金属污染的修复中起络合、截流、固定重金属污染物的作用，而部分有机修复剂对生物还有一定的解毒作用。随着科技的进步和新技术的不断涌现，应用于土壤污染修复的新型制剂不断增多，在土壤环境保护中发挥了重要作用。

有机修复剂（如乙二胺四乙酸，简称EDTA）对土壤修复的不利作用包括对植物和土壤生物的负面影响，研究表明，使用螯合剂可能会影响作物的生长，包括叶面的部分坏死、叶子的萎蔫和断裂、茎部的干裂、蒸腾作用和生物量的降低。生物试验证明，EDTA的生物毒性较大。使用螯合剂，还会导致土壤中大量元素的流失，以EDTA为例，进入土壤的EDTA有68%与目标金属离子结合，剩下的32%则与其它离子结合。

本发明的创新性在于：（1）不同于传统有机修复剂，使土壤中的金属元素流失或将绝大部分微生物杀死，本发明制备的秸秆修复材料，将土壤中的金属元素络合、固定在秸秆上，使土壤中的重金属浓度急剧降低，并保护土壤中的微生物；由于土壤中秸秆的腐烂降解需要数年时间，土壤中微生物及其产生的生物聚合物可作为阻塞剂，用于形成大面积不透水的屏障，生物聚合物能与金属、土壤粒子和其他生物聚合物结合，形成相互交叉联系的渗透网状结构，从而包裹住污染物。（2）用有机酸及有机胺处理秸秆，作为土壤修复材料，不但提高了秸秆对土壤中重金属离子的吸附、络合能力，同时由于有机胺富含氮元素，客观上增加了土壤的肥力。（3）不同于传统植物修复，无需闲置土地；（4）原材料来源广，生产成本低，有利于相关技术的推广和应用。

发明内容

本发明属于土壤修复领域，涉及一种重金属污染土壤修复材料的制备方法。本发明提出的制备方法是将秸秆改性，具体工艺包括秸秆洗净、粉碎、有机酸处理及有机胺处理等。本发明提出的重金属污染土壤修复材料的制备方法具有以下优点：（1）成本低，原材料来源广；（2）制备工艺简单，投入少，适合大规模的推广和应用；（3）对重金属离子吸附固定能力强，不对土壤及地下水造成二次污染；（4）能有效增加土壤的肥力（含氮量），是绿色环保型材料。本发明制备的土壤修复材料可用广泛用于重金属离子污染土壤的修复，市场前景广阔。

本发明提出的重金属污染土壤修复材料的制备方法，其特征在于：

1）清洁秸秆：将植物秸秆漂洗、烘干；其中植物秸秆为麦秸秆、稻秸秆、玉米秸秆、大豆秸秆之一种；

2）秸秆粉碎：将清洁后的秸秆干燥，置于粉碎机中，粉碎成粒径为10～20目的颗粒；

3）有机酸处理：将粉碎后的秸秆与有机酸水溶液混合，加热至80～120℃，反应4～8小时，冷却，过滤，得有机酸处理的秸秆；其中有机酸为丙二酸、丁二酸、草酸、亚氨基二乙酸之一种，有机盐的质量浓度为15～30%，秸秆与有机酸水溶液的料/液比为1/20～1/40（重量(g)/体积(mL））；

4）有机胺处理：将有机酸处理的秸秆置于有机胺水溶液中，调节溶液pH为8～10，加热至60～80℃，反应3～6小时，冷却，过滤，得重金属污染土壤修复材料，其中有机胺为二乙胺、三乙胺、丙二胺、丁二胺之一种，有机胺的质量浓度为1～5%，秸秆与有机胺水溶液的料/液比为1/10～1/20（重量(g)/体积(mL））。

将土壤修复材料与重金属（Pb²⁺，Cr³⁺，Cd²⁺，Hg²⁺）含量为1%的污染土壤混合，添加适量的水，室温搅拌3小时，静置，测试溶液中重金属离子的含量，计算重金属离子去除率。

具体实施方式

下面通过实施例进一步描述本发明

实施例1

将麦秸秆收割，用自来水洗净，烘干，将清洁后的麦秸秆置于粉碎机中，粉碎成粒径为10～20目的颗粒；

将10g粉碎后的秸秆与200mL浓度为15%的丙二酸水溶液混合，加热至80℃，反应4小时，冷却，过滤，得有机酸处理的秸秆；

将5g有机酸处理的秸秆置于50mL浓度为1%的二乙胺水溶液中，调节溶液pH为8～10，加热至60℃，反应3小时，冷却，过滤，得重金属污染土壤修复材料。

将3g土壤修复材料与30g重金属（Pb²⁺，Cr³⁺，Cd²⁺，Hg²⁺）含量为1%的污染土壤混合，添加100mL水，室温搅拌3小时，静置，测试溶液中重金属离子的含量，计算重金属离子去除率为85%。

实施例2

将稻秸秆收割，用自来水洗净，烘干，将清洁后的稻秸秆置于粉碎机中，粉碎成粒径为10～20目的颗粒；

将10g粉碎后的秸秆与400mL浓度为30%的丁二酸水溶液混合，加热至120℃，反应8小时，冷却，过滤，得有机酸处理的秸秆；

将5g有机酸处理的秸秆置于100mL浓度为5%的三乙胺水溶液中，调节溶液pH为8～10，加热至80℃，反应6小时，冷却，过滤，得重金属污染土壤修复材料。

将3g土壤修复材料与30g重金属（Pb²⁺，Cr³⁺，Cd²⁺，Hg²⁺）含量为1%的污染土壤混合，添加100mL水，室温搅拌3小时，静置，测试溶液中重金属离子的含量，计算重金属离子去除率为88%。

实施例3

将玉米秸秆收割，用自来水洗净，烘干，将清洁后的玉米秸秆置于粉碎机中，粉碎成粒径为10～20目的颗粒；

将10g粉碎后的秸秆与300mL浓度为20%的草酸水溶液混合，加热至100℃，反应6小时，冷却，过滤，得有机酸处理的秸秆；

将5g有机酸处理的秸秆置于75mL浓度为2.5%的丙二胺水溶液中，调节溶液pH为8～10，加热至70℃，反应5小时，冷却，过滤，得重金属污染土壤修复材料。

将3g土壤修复材料与30g重金属（Pb²⁺，Cr³⁺，Cd²⁺，Hg²⁺）含量为1%的污染土壤混合，添加100mL水，室温搅拌3小时，静置，测试溶液中重金属离子的含量，计算重金属离子去除率为95%。

实施例4

将大豆秸秆收割，用自来水洗净，烘干，将清洁后的大豆秸秆置于粉碎机中，粉碎成粒径为10～20目的颗粒；

将10g粉碎后的秸秆与250mL浓度为25%的亚氨基二乙酸水溶液混合，加热至90℃，反应5小时，冷却，过滤，得有机酸处理的秸秆；

将5g有机酸处理的秸秆置于75mL浓度为4%的丁二胺水溶液中，调节溶液pH为8～10，加热至70℃，反应4小时，冷却，过滤，得重金属污染土壤修复材料。

将3g土壤修复材料与30g重金属（Pb²⁺，Cr³⁺，Cd²⁺，Hg²⁺）含量为1%的污染土壤混合，添加100mL水，室温搅拌3小时，静置，测试溶液中重金属离子的含量，计算重金属离子去除率为98%。

实施例5

将麦秸秆收割，用自来水洗净，烘干，将清洁后的麦秸秆置于粉碎机中，粉碎成粒径为10～20目的颗粒；

将10g粉碎后的秸秆与300mL浓度为30%的草酸水溶液混合，加热至100℃，反应6小时，冷却，过滤，得有机酸处理的秸秆；

将5g有机酸处理的秸秆置于80mL浓度为3%的丁二胺水溶液中，调节溶液pH为8～10，加热至70℃，反应6小时，冷却，过滤，得重金属污染土壤修复材料。

将3g土壤修复材料与30g重金属（Pb²⁺，Cr³⁺，Cd²⁺，Hg²⁺）含量为1%的污染土壤混合，添加100mL水，室温搅拌3小时，静置，测试溶液中重金属离子的含量，计算重金属离子去除率为94%。

实施例6

将玉米秸秆收割，用自来水洗净，烘干，将清洁后的玉米秸秆置于粉碎机中，粉碎成粒径为10～20目的颗粒；

将10g粉碎后的秸秆与300mL浓度为25%的丁二酸水溶液混合，加热至120℃，反应6小时，冷却，过滤，得有机酸处理的秸秆；

将5g有机酸处理的秸秆置于75mL浓度为5%的丁二胺水溶液中，调节溶液pH为8～10，加热至80℃，反应4小时，冷却，过滤，得重金属污染土壤修复材料。

将3g土壤修复材料与30g重金属（Pb²⁺，Cr³⁺，Cd²⁺，Hg²⁺）含量为1%的污染土壤混合，添加100mL水，室温搅拌3小时，静置，测试溶液中重金属离子的含量，计算重金属离子去除率为91%。

Claims (1)

1.一种重金属污染土壤修复材料的制备方法，其特征在于：

1）清洁秸秆：将植物秸秆漂洗、烘干；其中植物秸秆为麦秸秆、稻秸秆、玉米秸秆、大豆秸秆之一种；

2）秸秆粉碎：将清洁后的秸秆干燥，置于粉碎机中，粉碎成粒径为10～20目的颗粒；

3）有机酸处理：将粉碎后的秸秆与有机酸水溶液混合，加热至80～120℃，反应4～8小时，冷却，过滤，得有机酸处理的秸秆；其中有机酸为丙二酸、丁二酸、草酸、亚氨基二乙酸之一种，有机盐的质量浓度为15～30%，秸秆与有机酸水溶液的料/液比为1/20～1/40（重量(g)/体积(mL））；

4）有机胺处理：将有机酸处理的秸秆置于有机胺水溶液中，调节溶液pH为8～10，加热至60～80℃，反应3～6小时，冷却，过滤，得重金属污染土壤修复材料，其中有机胺为二乙胺、三乙胺、丙二胺、丁二胺之一种，有机胺的质量浓度为1～5%，秸秆与有机胺水溶液的料/液比为1/10～1/20（重量(g)/体积(mL））。